泵送混凝土施工中出现技术问题的防治

     摘　要:阐述了泵送混凝土在施工过程中经常出现的一些技术问题,以及产生这些问题的原因,并提出了在施工过程中应该采取的技术和组织防治措施,以提高泵送混凝土的施工质量。

      关键词:泵送混凝土,收缩裂缝,湿度变形

　　建筑技术的发展已使泵送混凝土成为高层、大体积和大跨度混凝土施工的方向,但是在工程施工中曾出现一些技术问题,现分析如下。

      1 　混凝土强度等级不足问题

      1. 1 　混凝土施工时水灰比过大

      在目前一些施工单位未严格按标准要求选用混凝土的坍落度,集中搅拌站提供的混凝土坍落度较大,泵送不出。用水量和水泥用量加大,混凝土产生裂缝的机会增多。造成实际生产的混凝土单位用水量大于配合比给定的用水量,在水泥用量不增加的情况下,实际生产的混凝土强度肯定要低于配制强度,其造成的损失是较大的。影响混凝土强度的因素有原材料、配合比、施工方法、养护方法。而水泥品种和强度、水灰比是最重要的因素。根据实践经验表明:坍落度每增大10 mm , 用水量需加大2%。

      1. 2 　水泥活性低于水泥强度

      水泥活性低于或高于水泥标号对混凝土强度的影响与水灰比有关。在水灰比为0.3、0.35、0.40时，水泥强度每增减1MPa，混凝土强度增减1.29 MPa,1.1 MPa 和0.9 MPa 。由此可见,水泥活性对混凝土强度的影响是明显的。但是水泥强度均有出厂合格证和复试检验结果,一般配合比设计时要用水泥活性来计算,所不放心的是水泥存放时间较长,活性大大降低时,再用出厂的强度计算,就可能降低混凝土的强度。

      1. 3 　骨料质量差

      砂石级配不良,含泥量过大、石子针片状较多、软弱颗粒多、砂过细或砂率过低,均会造成混凝土强度降低,特别是C40 以上强度的混凝土。

      1. 4 　泵送剂质量与掺量影响

      泵送剂对混凝土强度的影响十分大。质量优异的泵送剂仅达到J C 473292 混凝土泵送剂一等品的技术指标,必须在满足坍落度增加值的同时减少10 %～12 % 的水,使单位用水量降低,相应降低水灰比,并达到抗压强度比不小于115 %。否则泵送剂的减水率低,在不减水的情况下,只能加大坍落度,而使抗压强度比达不到不小于115 %的合格标准。

      混凝土泵送剂对其质量的影响不仅是泵送剂的品种,更与掺量有关。超大掺量在技术和经济上均不合理;但掺量低必然会使坍落度的强度降低。因此选择泵送剂的品种和掺量,必须针对工程具体实际和采用的原材料、配合比、搅拌、运输成型方式及环境有关。决不能借用外单位和以往资料,不经试配即用于工程是十分危险的。

      2 　混凝土的可泵性问题

      混凝土的可泵性是满足拌合物在泵的输送下顺利进行的反映,包括:混凝土拌合物在泵腔内易于流动并充满所有空间;有良好的粘聚性、保水性,在输送中不分层离析和泌水;混凝土与管壁之间以及混凝土内摩擦阻力小。从使用角度分析,混凝土拌合物的可泵性应以流变形式表达;根据经验得到一定量值的方法来测定。最常用的方法是阿勃拉姆设计的坍落度测量法,由于设备简单测量容易,既可测出流动性大小,又能判别粘聚性和保水性好坏,因而已被中国、美国、日本和国际标准化组织( ISO) 确定为测定流动性混凝土工作性的标准方法。最适宜泵送混凝土的最大坍落度值,世界各国均有一定的要求值。德国为180 mm～220 mm ; 日本为180 mm～210 mm ; 欧洲各国为230 mm～250 mm ; 我国为180 mm～200 mm 。为使混凝土具有良好的可泵性并达到设计强度、耐久性和经济性，对混凝土的工作性特别是最小坍落度应严格控制。

      3 　泵送混凝土的裂缝问题

      3. 1 　塑性收缩裂缝

      浇筑后混凝土表面蒸发过快或被基础、模板吸水过快,造成初始凝固混凝土急剧脱水而产生的收缩裂缝属塑性收缩,当这种塑性收缩受基础、模板或钢筋的约束,因混凝土强度大于零而产生裂缝。从混凝土中蒸发和吸收水分的速度越快,裂缝越容易产生。降低单位用水量减小坍落度是防止塑性收缩的根本途径;增加环境湿度、降低气温、减小蒸发量和良好的养生也是非常重要的。

     3. 2 　沉降裂缝

      产生沉降裂缝的主要原因是混凝土拌合料太稀,坍落度过大,沉陷量过高。这种裂缝在坍落度过大的商品混凝土浇筑结构中,特别是板、墙表面系数过大的结构中容易出现。在混凝土沉陷时受到钢筋抑制或模板、基础沉陷或表面不平未压实沉陷所致。这种裂缝在混凝土浇筑后2h～3h, 表面明水消失时即出现。其防止办法是将单位用水量控制在170 kg/ m2～175 kg/ m2 以下, 基本满足泵送需要坍落度降至最小。对已出现的沉陷裂缝在停止后,将裂缝附近混凝土表面重新抹压,使之愈合。

      3. 3 　干缩裂缝问题

      水分蒸发是造成干缩和塑性裂缝的主要原因。但塑性是在硬化前短期内产生的,而干缩是在硬化后较长时间产生的。混凝土干缩是因为水泥石干燥造成的。这种干燥、蒸发是由表及里逐渐发展的。这种裂缝发生在距表层很浅的位置,常被人们所忽视。但必须注意的是,干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的渗透和耐久性,也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成更严重的裂缝, 对结构的承载力和安全使用影响严重。

      影响混凝土干燥开裂的主要因素有如下几点: 1) 水泥品种。水泥需水量越大,混凝土的干缩率越大,不同水泥混凝土干缩大小顺序为:矿渣硅酸盐类、普通硅酸盐类、中低热、粉煤灰水泥,从减少收缩考虑采用中低热水泥和粉煤灰水泥。

      2) 水泥用量。干缩随水泥用量的增加而加大,减少水泥用量可减少干缩量。
      3) 用水量。混凝土干缩受用水量影响最大,干缩同用水量成正比关系;随用水量的增加而急剧增大。
      4) 砂率。混凝土干缩随砂率的增大而增加,但增加的数值不大。
      5) 掺合料及外加剂。矿渣、硅藻土、赤页岩等掺合料在混凝土中会增大干缩;但适量膨胀剂能起补偿作用,利于防止裂缝产生;减水剂、泵送剂和引气剂有增大混凝土干缩的作用。
      6) 养护。早期养护对减少收缩开裂有一定作用。

      3. 4 　温度裂缝

      水泥水化过程中产生大量的热能,内部温度会超过30 ℃以上;一般在1d～3d 即释放50 %以上热能。由于散热的传递、积存,混凝土内最高温度多数发生在浇筑后3d～5d, 因内外散热条件不同,中心温度高,表面温度低,即形成温度梯度,造成温度变形和应力。温度应力和温差成正比,温度越大应力越大;当温度应力大于内外约束应力时则产生裂缝。

      大体积混凝土一定尺寸范围内其结构尺寸越大,引起裂缝的危险性也越大,防止出现温差最根本的措施是控制混凝土内部和表面温差。包括以下几方面: 

      1) 混凝土原材料和配合比选择。a. 水泥。宜选用中热或低热水泥,掺粉煤灰和泵送剂时,也可选用矿渣硅酸盐水泥。b. 充分利用混凝土后期强度。c. 水泥用量尽量控制在450 kg/ m3 以下,如果强度过高用掺粉煤灰来调整。

      2) 掺合料合理配用。混凝土中掺入适量的优质粉煤灰,不仅能代替水泥,而且因粉煤灰颗粒呈球状、具有流动效应,改善了混凝土流动性、粘聚性和保水性,并能补充泵送混凝土达到粒径在
0. 315 mm 以下的细集料应占15 %的要求,改善可泵性。

      3) 掺入外加剂。掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的剂,改善流动性、粘聚性和保水性,由于分散和减水作用,在降低用水量和提高强度的同时,还可降低水化热,推迟放热峰出现的时间,因而减少温度裂缝。

      4) 选择优质粗细集料。细集料以采用中砂为宜,采用模数为2.8 的砂较细度模数为2.3 的砂可减少用水量20 kg/ m3～25 kg/m3,水泥用量相应减少25 kg/ m3～35 kg/m3,因而降低水化热。
粗集料如采用5 mm～40 mm 粒径的,可经5 mm～25 mm 粒径的减少用水量7 kg/ m3 ,减少水泥用量15 kg/m3,因而减少泌水、收缩和水化热。

      5) 控制搅拌机出口温度及浇筑温度。出机温度和浇筑温度的控制,世界各国均重视,例如日本规定暑期混凝土搅拌温度为30 ℃以下,混凝土浇筑应低于35 ℃;前苏联规定:暑期施工浇筑表面系数大于3 的结构出机温度不超过30 ℃～35 ℃,而对表面系数小于3 的大体积混凝土拌合物不超过20 ℃;美国规范要求在炎热季节不超过32 ℃;德国规定炎热季节新拌混凝土卸车时不超过30 ℃。我国SDJ 207282 水工混凝土施工规范规定:高温季节施工时,混凝土浇筑最高温度不超过28 ℃,规范( GB 602042 92) 也规定了相同温度限值。

      6) 改进施工工艺。a. 搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或裹砂搅拌工艺,可有效阻止水分聚集在水泥砂浆和石子界面上,使硬化后界面过渡层结构致密,增大粘结力,提高混凝土强度10 %或节省水泥5 % 以减少水化热和裂缝。b. 振捣工艺。在终凝之前进行二次振捣可排除混凝土因泌水在石子、水平筋下部形成的空隙和水分,提高粘结和握裹力,防止沉陷开裂。c. 养护工艺。浇筑不久的混凝土,处于凝结、硬化过程,水化速度较快,适宜的潮湿环境可防止混凝土表面脱水产生收缩开裂,对空气水化,提高混凝土极限抗拉养护是一个重要的关键环节。产生混凝土的沉陷、塑性、干缩裂缝,均因其单位立方米用水量过大、拌合料过稀、坍落度过大、水分蒸发过快所致。因此严格控制用水量是减少裂缝开裂的根本措施。

      4 　凝结异常问题

      泵送混凝土有时会采用特种水泥和掺外加剂及掺合料,否则混凝土品质变坏和发生异常凝结会影响泵送质量的结构质量并影响工期。

      4. 1 　缓凝问题

      1) 泵送剂中缓凝成分过多。为增加泵送流动性,减少泌水和坍落度损失,要掺入缓凝剂含量较多的木质、糖钙类复合剂。当泵送组分不匹配、掺量不适或气温低时,均会使混凝土过分缓凝。

      2) 减水组分超临界掺量。木质磺酸钙类缓凝型减水剂的缓凝已被人们所知,但对茶磺酸甲醛和三聚氰胺类也会造成缓凝作用知之甚少。实际上这两种减水剂的缓凝性小,减水作用大,促进早强而缓凝作用未引起重视。当掺量达临界量时由于减水作用,强度不会增加而缓凝泌水作用呈现出来,使混凝土凝结迟缓。

      3) 缓凝掺合料超量。

      4) 环境温度过低。

      4. 2 　速凝、假凝问题

      1) 在常温和夏季多采用有早强组分的硫酸钠泵送剂,因凝结时间短坍落度损失快,即使可以出泵但浇筑振捣困难,容易形成蜂窝、孔洞、麻面或露筋。

      2) 用硬石膏作为调凝剂的硅酸盐类水泥,当采用含有木质硫酸钙或糖类的复合泵送剂时,会引起初凝时间很短或速凝。

      参考文献:
[1] 范秋雨. 建筑工地实用技术问答[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2001. 1192171.
[2] 卢　循. 建筑施工技术(上). 郁伍芳. 建筑施工技术(下) [M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2002. 1812182 ,46248.

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